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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine oberflächenabtastende
Messmaschine. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine oberflächenabtastende
Messmaschine zum Messen einer Oberflächenrauheit und eines Profils
eines Werkstückes
durch Relativbewegung sowohl eines Fühlers als auch des Werkstücks, während der
Fühler
auf der Oberfläche
des Werkstücks
aufliegt.
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US 5 705 741 A offenbart
einen Tastkopf einer oberflächenabtastenden
Messmaschine, der verschiebbar vom Hauptgehäuse getragen wird.
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DE 689 11 090 T2 offenbart
eine Oberflächenabtastvorrichtung
zur Verwendung in einem Positionsbestimmungsgerät, wie beispielsweise einer Koordinatenmessmaschine.
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DE 33 09 122 A1 offenbart
einen Tastkopf mit einem Tastkopfgehäuse, an das ein Antastelement mit
integriertem Sensor angebaut ist.
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DE 40 13 742 A1 offenbart
einen Abtastkopf für
eine Maschine zum Ausmessen der Mikrooberflächenkontur von Werkstücken, mit
einem an einem Gehäuse
beweglich gelagerten starren Tastspitzenträger.
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DE 26 11 476 C2 offenbart
ein Profil-Messgerät
mit einem verschiebbaren Arm, der mit einem Abtaststift versehen
ist, der dazu bestimmt ist, einer zu messenden Oberfläche zu folgen.
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US 4 359 892 A offenbart
eine Anordnung zur Messung von Oberflächenprofilen, bei der die den
Auslenkungen eines über
die zu prüfende
Fläche bewegten
Biegeelements proportionalen elektrischen Spannung einem Anzeigegerät zugeführt werden.
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US 4 074 438 A offenbart
einen Profilindikator zum Vermessen der Kontur eines Objekts unter Verwendung
eines Stiftes.
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Eine
Messmaschine des Fühlertyps
für die Oberflächenrauheit
ist bekannt als Messmaschine für das
Messen der Oberflächenrauheit
eines Werkstücks.
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Die
Messmaschine des Fühlertyps
für die Oberflächenrauheit
enthält
ein Hauptgehäuse,
einen von dem Hauptgehäuse
schwenkbar getragenen Tastkopf, der an seinem einen Ende einen Fühler trägt, eine
Vorbelastungseinrichtung zum Belasten des Fühlers des Tastkopfes, damit
er die Oberfläche des
Werkstücks
berührt,
eine Bewegungsvorrichtung zum Bewegen des Tastkopfes in eine Richtung
annähernd
senkrecht auf den Fühler,
und einen Verschiebungssensor zum Ermitteln der Schwenkverschiebung
des Tastkopfes.
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Beim
Messen der Oberflächenrauheit
des Werkstücks
wird der Tastkopf durch die Bewegungsvorrichtung entlang der Oberfläche des
Werkstücks bewegt,
während
der Fühler
des Tastkopfes in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks steht,
und der Betrag der Schwenkverschiebung wird durch den Verschiebungssensor
ermittelt. Die Oberflächenrauheit
des Werkstücks
kann durch den Betrag der Schwenkverschiebung und den Betrag der
Bewegung des Tastkopfes erhalten werden.
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Allgemein
gesehen werden die folgenden Betriebsbedingungen für die Messmaschine
der Fühlertype
für die
Oberflächenrauheit
gefordert:
Erstens, niedrige Messkraft zum Verhüten von
Kratzspuren auf der Oberfläche
des Werkstücks.
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Zweitens,
gute Abfühleigenschaften
für den Tastkopf,
um die Kurvenabschnitte genau abfühlen zu können.
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Drittens,
hohe Auflösung
zum Ermitteln sehr kleiner konkaver und konvexer Flächen auf
der Oberfläche
des Werkstücks.
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Üblicherweise
wird eine Feder für
die Vorbelastungseinrichtung zum Vorbelasten des Fühlers des
Tastkopfes auf der Oberfläche
des Werkstücks verwendet.
Um jedoch die Messkraft gemäß der obigen
ersten Bedingung zu verringern, ist die Größe der Vorbelastungseinrichtung
begrenzt.
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Dementsprechend
muss, um die nötige
Abfühlfähigkeit
zu erhalten, die Größe und das
Gewicht des Tastkopfes soweit wie möglich reduziert werden. Außerdem muss
der Verschiebungssensor für
das Ermitteln des Betrages der Schwenkverschiebung des Tastkopfes
aus Sensoren ausgewählt
werden, wie einem Differentialtransformator, einem Dehnungsmesser,
einem kapazitiven Fühler
und einem optischen Hebel, wodurch weniger Belastung für die Betätigung des
Tastkopfes angewandt wird.
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Normalerweise
ist der Messbereich einer Messmaschine vom Fühlertyp für die Oberflächenrauheit
etwa 1 mm. Gemäß der üblichen
Anordnung ist dann, wenn der Messbereich erweitert werden soll,
eine gewisse Verschlechterung der Funktion, wie zum Beispiel eine
Verschlechterung der Auflösung
des Verschiebungssensors, eine Verschlechterung der Ansprechempfindlichkeit
wegen der Zunahme des Gewichts des beweglichen Abschnittes und eine
erhöhte
Fluktuation der Messkraft unvermeidbar, was zu einer Schwierigkeit
führt,
den Messbereich zu vergößern.
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Dementsprechend
kann eine übliche
Oberflächenrauheits-Messmaschine
vom Fühlertyp
nicht auch als Profilmessmaschine zum Messen des Profils des Werkstücks verwendet
werden. In anderen Worten, die Oberflächenrauheit des Werkstücks muss
mit der Oberflächenrauheit
der Messmaschine und das Profil des Werkstücks separat mit der Profilmessmaschine
gemessen werden.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile
zu vermeiden und eine oberflächenabtastende
Messmaschine zu schaffen, bei der der Messbereich vergrößert werden kann
unter Aufrechterhaltung der Messkraft, Ansprechempfindlichkeit und
Auflösung
zum Ermöglichen
einer Oberflächenrauheitsmessung.
Eine oberflächenabtastende
Messmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Hauptgehäuse, das relativ zu einem Werkstück bewegbar
ist, einen Tastkopf, der verschiebbar von dem Hauptgehäuse gehalten
wird und an seinem einen Ende einen Fühler hat; eine Messkraft-Steuereinrichtung
zum Steuern der auf den Messkopf ausgeübten Messkraft, einen Verschiebungsdetektor
zum Ermitteln der Verschiebung des Tastkopfes, einen Messkraftdetektor
zum Ermitteln der auf den Tastkopf ausgeübten Messkraft; und einen Regler
zum Vergleichen des vom Messkraftdetektor ermittelten Wertes der
Messkraft und eines vorher eingestellten Messkraftsollwerts, um
den ermittelten Wert der Messkraft gleich dem Sollwert der Messkraft
zu halten. Dabei kann der Tastkopf vom Hauptgehäuse linear verschiebbar oder
alternativ schwenkbar getragen werden.
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Gemäß der obigen
Anordnung verschiebt sich, wenn das Hauptgehäuse und das Werkstück sich
relativ zueinander bewegen, während
der Fühler des
Tastkopfes in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstückes steht,
der Fühler
des Tastkopfes auf der Oberfläche
des Werkstücks,
so dass der Tastkopf sich entsprechend der Oberflächenrauheit
und dem Profilbild des Werkstücks
verschiebt. Dann wird die Verschiebung durch den Verschiebungsdetektor
ermittelt und die Oberflächenrauheit und
das Profilbild des Werkstücks
kann durch den ermittelten Wert gemessen werden.
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Da
in diesem Falle die Messkraft-Steuereinheit so gesteuert ist, dass
der ermittelte Messwert der Messkraft gleich dem vorher eingestellten
Sollwert der Messkraft ist, kann die auf den Tastkopf ausgeübte Messkraft
konstant gehalten werden (auf einem Niveau des vorher eingestellten
Sollwerts der Messkraft), und zwar innerhalb des gesamten Messbereichs.
Dementsprechend kann der Messbereich unter Aufrechterhaltung hoher
Ansprechempfindlichkeit und hoher Auflösung erweitert werden, da eine
Detektiereinrichtung mit schwerem beweglichen Anteil, der grosse
Antriebskraft für
die Bewegung verlangt und hohe Auflösung in einem weiten Messbereich aufweist,
als Verschiebungsdetektor zum Ermitteln der Verschiebung des Tastkopfes
verwendet werden kann. Dementsprechend kann die Oberflächenrauheit
und das Profil des Werkstücks
mit einer einzigen Messmaschine gemessen werden. Obwohl irgendeine
Anordnung für
den Tastkopf möglich
ist, enthält bei
der vorliegenden Erfindung der Tastkopf vorzugsweise einen ersten
Hebel, der von dem Hauptgehäuse
durch eine erste Hebelschwenkachse gehalten ist, und einen zweiten
Hebel, der an einer Zwischenstellung von dem ersten Hebel durch
eine zweite Hebelschwenkachse koaxial mit der ersten Hebelschwenkachse
gehalten ist, wobei der zweite Hebel an seinem Ende den Fühler aufweist
und das hintere Ende des zweiten Hebels und der erste Hebel durch
ein Verbindungselement verbunden sind.
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Gemäß der obigen
Anordnung wird der Schwerpunkt des zweiten Hebels durch eine Schwenkbewegung
des ersten Hebels nicht bewegt, da die erste Hebel-Schwenkachse und
die zweite Hebelschwenkachse koaxial angeordnet sind.
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In
der oben genannten Anordnung mit erstem und zweitem Hebel wird der
zweite Hebel vorzugsweise durch den ersten Hebel über die
zweite Hebel-Schwenkachse an einer Schwerpunktposition schwenkbar
gehalten. Demgemäß wird vertikale und horizontale
Vibrationsbeschleunigung vom Fußboden
oder einem Zuführmechanismus
nicht in eine Rotationsbewegung des zweiten Hebels umgewandelt.
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Weiter
kann die Messkraft, die nur auf den zweiten Hebel aufgebracht wird,
durch Verwendung eines Dehnungsmessers genau ermittelt werden, der als
Verbindungselement den Messkraftdetektor bildet. In anderen Worten,
da der Dehnungsmesser nicht externe Vibrationen ermittelt, kann
die Empfindlichkeit gegenüber
externen Vibrationen gesenkt werden.
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Obwohl
jegliche Konfiguration einer Messkraft-Steuereinrichtung möglich ist,
solange sie feinfühlig
die auf den Tastkopf ausgeübte
Messkraft ändern
kann, enthält
bei der vorliegenden Erfindung die Messkraft-Steuereinrichtung vorzugsweise
ein bewegbares Element, das an dem Hauptgehäuse verschiebbar und mit dem
ersten Hebel und einem Betätiger
zum Verschieben des bewegbaren Elements verbunden ist.
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In
der oben genannten Anordnung mit einem ersten Hebel, einem bewegbaren
Element und dem Betätiger,
wird ein Verbindungsglied unter Verwendung einer Blattfeder vorzugsweise
für die
Verbindung des ersten Hebels und des bewegbaren Elements verwendet,
um die Schwenkverschiebung des ersten Hebels genau auf das bewegbare
Element zu übertragen.
Der Betätiger
kann mit irgendeinem Signal wie Elektrizität oder Hydraulik angetrieben
sein.
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Der
Verschiebungsdetektor hat vorzugsweise eine Maßeinteilung, die an dem bewegbaren
Element angeordnet ist, und einen Detektor, der gegenüber der
Maßeinteilung
unter Einhaltung eines vorbestimmten Spalts dazwischen an dem Hauptgehäuse befestigt
ist, so dass die Verschiebung des Tastkopfes genau ermittelt werden
kann.
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Ein
Gewichtsausgleich zum Ausgleich wenigstens des Gewichts des bewegbaren
Elements und der Maßeinteilung
wird vorzugsweise in der vorliegenden Erfin dung verwendet. Dementsprechend kann
die Antriebskraft des Betätigers
und die Wärmeerzeugung
durch den Betätiger
vermindert werden, da das Gewicht des bewegbaren Elements und der
Maßeinteilung
nicht von dem Betätiger
getragen werden muss.
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Der
Gewichtsausgleich besteht vorzugsweise aus einem Gegengewicht mit
einem Gewicht, das wenigstens dem Gewicht des bewegbaren Elements und
der Maßeinteilung
entspricht, wobei das Gegengewicht so ausgebildet ist, dass es in
einer Richtung entgegengesetzt zur Gleitrichtung des bewegbaren Elements
bewegbar ist. Dementsprechend kann die Trägheitskraft des bewegbaren
Elements vernachlässigt
werden, die dadurch kaum einen Einfluss nach außen hat, und auch kaum von
außen
her beeinflusst wird.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen.
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1 ist
eine Vorderansicht, die ein Ausführungsbeispiel
der oberflächenabtastenden
Messmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht, die die innere Struktur einer Sensoreinrichtung
des oben genannten Ausführungsbeispiels
zeigt;
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3 ist
eine Vorderansicht, die die innere Struktur der Sensoreinrichtung
des oben genannten Ausführungsbeispiels
zeigt;
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4 ist
eine Seitenansicht, die die innere Struktur der Sensoreinrichtung
des vorgenannten Ausführungsbeispiels
zeigt;
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5 ist
ein Blockdiagramm, das einen Regler des oben genannten Ausführungsbeispiels
zeigt;
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6 ist
eine Darstellung, die die Verschiebung des bewegbaren Elements und
eines Gegengewichts zeigt, die sich voneinander fortbewegen;
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7 ist
eine Darstellung, die die Verschiebung des bewegbaren Elements und
des Gegengewichts zeigt, die sich aufeinander zu bewegen;
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8 ist
eine Darstellung, die ein Beispiel eines Tastkopfes zeigt, der linear
und bewegbar in einer Richtung senkrecht auf die Längsrichtung
getragen ist; und
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9 ist
eine Darstellung eines zweiten Hebels des oben genannten Ausführungsbeispiels,
der aus zwei Elementen zusammengesetzt ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beschrieben.
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1 zeigt
eine oberflächenabtastende Messmaschine
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel.
Die oberflächenabtastende
Messmaschine hat einen Tisch 2 zum Auflegen des Werkstücks 1,
eine auf dem Tisch 2 angeordnete Säule 3, eine Sensoreinrichtungszuführung 4,
die in vertikaler Richtung (Z-Richtung) entlang der Säule 3 anhebbar ist,
und eine Sensoreinrichtung 5, die unter der Sensoreinrichtungszuführung 4 angeordnet
ist und in einer Richtung (X-Richtung) senkrecht auf die Säule 3 mit
Hilfe der Sensoreinrichtungszuführung 4 bewegt wird.
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Wie
in 2, 3 und 4 gezeigt,
hat die Sensoreinrichtung 5 einen Rahmen 10 als
Hauptgehäuse,
der mit der Sensoreinrichtungszuführung 4 verbunden
ist. Der Rahmen 10 hat einen Tastkopf 11 mit einem
Fühler 15 an
einem Ende, eine Messkraft-Steuereinrichtung 21 zum Steuern
der auf den Tastkopf 11 ausgeübten Messkraft, einen Verschiebungsdetektor 31 zum
Ermitteln der Verschiebung des Tastkopfs 11, und einen
Messkraftdetektor 41 zum Ermitteln der auf den Tastkopf 11 ausgeübten Messkraft.
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Der
Tastkopf 11 hat einen ersten Hebel 13, der in
vertikaler Richtung (Z-Richtung)
mittels einer ersten Hebelschwenkachse 12 schwenkbar gehalten ist,
und einen zweiten Hebel 16, der am vorderen Ende des ersten
Hebels 13 schwenkbar in vertikaler Richtung (Z-Richtung)
durch eine zweite Hebelschwenkachse 14 getragen ist und
an seinem Ende den Fühler 15 aufweist.
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Ein
Dehnungsmesser 42, der den Messkraftdetektor 41 darstellt
und als Verbinder wirkt, ist zwischen einem hinteren Ende des zweiten
Hebels 16 und etwa dem Mittelpunkt des ersten Hebels 13 angeordnet.
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Um
die Messkraft genau zu ermitteln, trägt die zweite Hebelschwenkachse 14 den
Schwerpunkt des zweiten Hebels 16, um zu verhüten, dass
der Dehnungsmesser 42 eine Vibrationsbeschleunigung in
vertikaler und horizontaler Richtung vom Fußboden und den Zuführmechanismen
ermittelt, die in eine Schwenkbewegung des zweiten Hebels 16 umgewandelt
wird, d. h. zum Vermindern der Empfindlichkeit gegenüber äußerer Vibration.
Außerdem
sind die erste Hebelschwenkachse 12 und die zweite Hebelschwenkachse 14 koaxial
ausgerichtet, um den Schwerpunkt des zweiten Hebels nicht durch
die Schwenkbewegung des ersten Hebels 13 zu bewegen.
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Ein
Dämpfer 17 ist
zwischen dem ersten Hebel 13 und dem zweiten Hebel 16 angeordnet.
Der Dämpfer 17 dient
zum Dämpfen
der Vibration des zweiten Hebels 16, und besteht aus einer
Platte 17A, die ein unteres Ende hat, das an der Seite
des zweiten Hebels 16 befestigt ist, und ein oberes Ende,
das an der Seite des ersten Hebels 13 mit einem kleinen Spalt
gegenübersteht,
sowie aus einer viskosen Flüssigkeit 17B,
die in dem Spalt zwischen der Platte 17A und der Seite
des ersten Hebels 13 vorgesehen ist.
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Die
Messkraft-Steuereinheit 21 umfasst ein bewegbares Element 23,
das über
eine lineare Führung 22 gleitbar
in vertikaler Richtung an dem Hauptgehäuse 10 vorgesehen
ist, und einen Betätiger 24, um
das bewegbare Element 23 in vertikaler Richtung (Z-Richtung)
zu bewegen.
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Das
bewegbare Element 23 und das hintere Ende des ersten Hebels 13 sind
durch ein Verbindungsglied 25 verbunden, die beide Seiten
der Plattenfedern durch Platten einschließt. Der Betätiger 24 besteht aus
einer Schwingspule aus einem Magneten 24A, die an dem Rahmen 10 befestigt
ist, und einer Spule 24B, die an dem bewegbaren Element 23 vorgesehen
ist. Gemäß der obigen
Anordnung wird der erste Hebel 13, wenn sich das bewegbare
Element 23 in vertikaler Richtung (Z-Richtung) bewegt, durch das Verbindungsglied 25 geschwenkt,
wodurch sie synchronisierend den zweiten Hebel 16 schwenkt.
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Ein
Gewichtsausgleich 26 ist mit dem bewegbaren Element 23 verbunden.
Der Gewichtsausgleich 26 besteht aus einem Balken 27,
der durch eine Balkenschwenkachse 27A schwenkbar von dem
Rahmen 10 gehalten ist, eine Verbindung 28 zum
Verbinden eines Endes des Balkens 27 und des bewegbaren
Elements 23 (das die gleiche Struktur wie das Verbindungsglied 25 hat)
und ein Gegengewicht 29, das an dem anderen Ende des Balkens 27 vorgesehen
ist. Das Gewicht des Gegengewichts 29 ist in Proportion
zu dem Gewicht der bewegbaren Seitenbaugruppe gesetzt, genauer gesagt,
des bewegbaren Elements 23, einer Maßeinteilung 32, des ersten
Hebels 13, der Verbindungsglieder 25 und 28, usw.
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Der
Verschiebungsdetektor 31 hat eine Maßeinteilung 32, die
an dem bewegbaren Element 23 befestigt ist, und einen Detektor 33,
der an dem Rahmen 10 durch einen kleinen Spalt beabstandet
von der Maßeinteilung 32 befestigt
ist. Obwohl die Maßeinteilung 32 und
der Detektor 33 irgendeine Detektionsform haben können, so
lange der Betrag der Verschiebung des bewegbaren Elements 23 in
einem weiten Bereich und mit hoher Auflösung ermittelt werden kann,
kann die optische Type, die elektrische Kapazitanztype und die magnetische
Type vorzugsweise verwendet werden.
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5 zeigt
einen Regler 51 zum Vergleichen des ermittelten Werts der
Messkraft, der durch den Messkraftdetektor 41 ermittelt
worden ist, und des vorher eingestellten Sollwerts der Messkraft,
um die Messkraft-Steuereinrichtung 21 so zu steuern, dass der
ermittelte Wert der Messkraft gleich dem Sollwert der Messkraft
ist.
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Der
Regler 51 hat einen Sollwertgeber 52 für die Messkraft,
einen Vergleicher 53 zum Vergleichen der Ausgabe eines
Dehnungsmessverstärkers
(42A) (Dehnungsmesser 42A zum Verstärken des
Signals des ermittelten Werts der Messkraft, detektiert von dem
Dehnungsmesser 42) und des Sollwerts der Messkraft, der
durch den Sollwertgeber 52 für die Messkraft vorgegeben
ist, einen Regelkompensator 54, und einen Treiber 55 zum
Antrieb des Betätigers 24,
der den Betätiger 24 derart
antreibt, dass der ermittelte Wert der Messkraft gleich dem Sollwert
der Messkraft ist.
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Im
Folgenden wird die Wirkungsweise des vorliegenden Ausführungsbeispiels
beschrieben.
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Das
Werkstück 1 ist
auf dem Tisch 2 angeordnet. Nach dem Einstellen einer Höhenposition
des Sensoreinrichtungszubringers 4 so dass der Fühler 15 die
Oberfläche
des Werkstücks 1 berührt, wird
der Sensoreinrichtungszubringer 4 so angetrieben, dass er
die Sensoreinrichtung 5 in X-Richtung bewegt. Dann verschiebt
sich der Fühler 15 in
Z-Richtung, während
er die Oberfläche
des Werkstückes 1 abtastet,
und der zweite Hebel 16 wird um den Drehpunkt der zweiten
Hebelschwenkwelle 14 geschwenkt.
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Wenn
der zweite Hebel 16 geschwenkt wird, wird der erste Hebel 13,
der über
den Dehnungsmesser 42 mit dem zweiten Hebel 16 verbunden
ist, ebenfalls ge schwenkt, und zwar um einen Drehpunkt der ersten
Hebelschwenkwelle 12. Dementsprechend wird die Verschwenkung
des ersten Hebels 13 auf das bewegbare Element 23 über das
Verbindungsglied 25 übertragen,
und die Verschiebung des bewegbaren Elements 23 wird durch
den Verschiebungsdetektor 31 ermittelt. Die Oberflächenrauheit und
das Profilbild des Werkstückes 1 kann
durch den ermittelten Wert erhalten werden.
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Inzwischen ändert sich
die Ausdehnung des Dehnungsmessers 42 entsprechend einer
Kontaktkraft des Fühlers 15 auf
dem Werkstück 1,
d. h., der Messwert, der auf den zweiten Hebel 16 ausgeübt wird.
Die Änderung
(Ausgabe des Dehnungsmessers (42)) wird dem Regler über den
Dehnungsmessverstärker 42A eingegeben.
Der Regler 51 vergleicht den vorher durch den Sollwertgeber 52 für die Messkraft
vorgegebenen Sollwert der Messkraft sowie den ermittelten Wert der
Messkraft, der durch den Dehnungsmessverstärker 42A erhalten
wird, und treibt den Betätiger 24 derart
an, dass der ermittelte Wert der Messkraft gleich dem Sollwert der
Messkraft wird.
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Wenn
beispielsweise der ermittelte Wert der Messkraft kleiner ist als
der Sollwert der Messkraft, wird der Betätiger 24 angetrieben,
um das bewegbare Element 23 in Richtung nach oben zu bewegen, wie
in 6 dargestellt. Wenn im Gegensatz dazu der ermittelte
Wert der Messkraft den Sollwert der Messkraft übersteigt, wird der Betätiger 24 so
angetrieben, dass das bewegbare Element 23 in Richtung nach
unten bewegt wird, wie in 7 dargestellt. Dementsprechend
wird der ermittelte Wert der Messkraft so gesteuert, dass er im
gesamten Messbereich gleich dem Sollwert der Messkraft ist.
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Gemäss dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
kann die folgende Wirkung erzielt werden.
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Da
die auf den zweiten Hebel 16 wirkende Messkraft gemessen
und der Betätiger 24 so
gesteuert wird, dass er den ermittelten Wert der Messkraft gleich
dem vor her eingestellten Sollwert der Messkraft macht, kann die
auf den zweiten Hebel 16 wirkende Messkraft im gesamten
Messbereich immer konstant gehalten werden.
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Dementsprechend
kann der Messbereich erweitert werden unter Beibehaltung hoher Ansprechempfindlichkeit
und hoher Auflösung,
da Detektiereinrichtungen mit einem verhältnismäßig schweren beweglichen Teil,
die viel Antriebskraft für
ihren Antrieb erfordern und hohe Auflösung in einem weiten Messbereich
haben, als Verschiebungsdetektor 31 für das Ermitteln der Verschiebung
des zweiten Hebels 16 (Tastkopf 11) verwendet
werden können.
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Insbesondere
kann der Messbereich erweitert werden unter Aufrechterhaltung hoher
Ansprechempfindlichkeit und hoher Auflösung, da der Verschiebungsdetektor 31 aus
einem linearen Verschiebungsdetektor besteht, dessen Maßeinteilung 32 sich
linear gemäß der Verschwenkung
des zweiten Hebels 16 bewegt, und der Detektor 33,
mit einem voreingestellten Spalt dazwischen, gegenüber angeordnet
ist. Dementsprechend kann die Oberflächenrauhigkeit und das Profil
des Werkstücks 1 mit
einer einzigen Messmaschine gemessen werden.
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Da
der Tastkopf 11 einen ersten Hebel 13 hat, der
schwenkbar von dem Rahmen 10 durch die erste Hebelschwenkwelle 12 getragen
ist, und der zweite Hebel 16, dessen Zwischenabschnitt
von dem ersten Hebel 13 durch die zweite Hebelschwenkwelle 14 getragen
ist, die koaxial mit der ersten Hebelschwenkwelle angeordnet ist,
und an seinem einen Ende den Fühler
hat, wobei das hintere Ende des zweiten Hebels 16 und der
erste Hebel 13 über
den Dehnungsmesser 42 verbunden sind, schwenkt der erste
Hebel 13 durch den Dehnungsmesser 42, wenn der
zweite Hebel 16 schwenkt, das Ausmaß der Verschwenkung wird dabei
durch den Verschiebungsdetektor 31 ermittelt, d. h. das
Ausmaß der
Verschwenkung des zweiten Hebels 16, der an dem Verschiebungsdetektor 31 durch
den ersten Hebel 13 übermittelt
wird, wobei seine Hebelübersetzung
geändert wird,
was es erlaubt, die Auflösung
und eine sehr genaue Detektierung zu ändern.
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Zugleich
werden die vertikalen und horizontalen Vibrationsbeschleunigungen
vom Fußboden und
vom Zuführmechanismus
nicht in eine Verdrehung des zweiten Hebels 16 umgewandelt,
da der zweite Hebel 16 schwenkbar an dem ersten Hebel 13 an
seiner Schwerpunktposition durch die zweite Hebelschwenkwelle 14 getragen
wird. Dementsprechend stellt der Dehnungsmesser 42 die
externe Vibration nicht fest, was die Empfindlichkeit gegen externe
Vibration vermindert.
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Da
außerdem
die erste Hebelschwenkwelle 12 und die zweite Hebelschwenkwelle 14 koaxial
angeordnet sind, wird die Schwerpunktposition des zweiten Hebels 16 durch
die Schwenkbewegung des ersten Hebels 13 nicht bewegt.
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Da
die Messkraft-Steuereinrichtung 21 das bewegbare Element 23 umfasst,
das mittels der linearen Führung 22 verschiebbar
an dem Rahmen 10 vorgesehen und mit dem ersten Hebel 13 über das Verbindungsglied 25 und
den Betätiger 24 zum
Verschieben des bewegbaren Elements 23 verbunden ist, kann
die Messkraft durch den Antrieb des Betätigers 24 geändert werden,
um das bewegbare Element 23 zu verschieben. Da außerdem der
Betätiger 24 aus
der Schwingspule besteht, die aus dem Magneten 24A und
der Spule 24B zusammengesetzt ist, kann die Messkraft mit
einer einfachen Anordnung genauestens kontrolliert werden.
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Da
der Gewichtsausgleich 26 zum Ausgleich des Gewichts des
bewegbaren Elements 23 mit der Maßeinteilung 32 vorgesehen
ist, muss das Gewicht des bewegbaren Elements 23 und der
Maßeinteilung 32 nicht
notwendigerweise von dem Betätiger 24 getragen
werden, was die Antriebskraft und die vom Betätiger 24 entwickelte
Wärme reduziert.
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Insbesondere
kann die Trägheitskraft
des bewegbaren Elements 23 usw. ausgeglichen werden, so
dass sie kaum einen Einfluss nach außen ausübt und auch kaum von der Außenseite
beeinflusst wird, da der Gewichtsausgleich 26 ein Gegengewicht 29 hat,
dessen Gewicht dem Gewicht des bewegbaren Elements 23 und
der Maßeinteilung 32 entspricht,
und das Gegengewicht 29 sich in einer Richtung entgegengesetzt
der Gleitrichtung des bewegbaren Elements 23 bewegt.
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Im übrigen ist
der Bereich der vorliegenden Erfindung nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern
umfasst die folgenden Modifikationen.
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Obwohl
der Tastkopf 11 im obigen Ausführungsbeispiel aus dem ersten
Hebel 13 und dem zweiten Hebel 16 besteht, kann
der Tastkopf 11 aus einem einzigen Hebel 16' bestehen. In
diesem Fall kann der Tastkopf 11 schwenkbar an seinem Schwerpunkt
von dem Rahmen 10 getragen werden.
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Obwohl
der Tastkopf 11 von dem Rahmen 10 schwenkbar getragen
wird, kann der erste Hebel 13 beispielsweise in das bewegbare
Element 23 integriert sein, und der Hebel 16' (Tastkopf 11)
kann in Längsrichtung
der Maßeinteilung 32 bewegbar
getragen werden, wie in 8 gezeigt.
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Mit
anderen Worten, der Hebel 16' wird
von dem bewegbaren Element 23 über eine Hebelschwenkwelle 14 getragen,
und der Betätiger 24 wird so
angetrieben, dass der ermittelte Wert der Messkraft, der auf den
Hebel 16' (Tastkopf 11)
wirkt, gleich dem Sollwert der Messkraft ist, basierend auf der Ausgabe
des Dehnungsmessers 42.
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Demzufolge
wird der Hebel 16' (Tastkopf 11) so
gesteuert, dass während
der Messung immer die gleiche Lage beibehalten wird. Dementsprechend kann
der Einfluss eines Bogenfehlers in dem obigen Ausführungsbeispiel
eliminiert werden, da der Hebel 16' (Tastkopf 11) bei parallelen
Abtasthöhenänderungen
des Werkstücks 1 sich
vertikal bewegt, wenn der Fühler 15 über die
Oberfläche
des Werkstücks 1 bewegt
wird. Weiterhin kann im obigen Fall die Anordnung einfacher als
der Tragmechanismus des obigen Ausführungsbeispiels gemacht werden,
da die Hebelschwenkwelle 14 unmittelbar mit dem bewegbaren
Element 23 verbunden ist. Da weiterhin das Verbindungsglied 25 in
dem obigen Ausführungsbeispiel nicht
erforderlich ist, kann die Anzahl der Bauelemente vermindert werden,
und die Messmaschine kann billig und in kompakter Größe hergestellt
werden.
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Der
zweite Hebel 16 in dem obigen Ausführungsbeispiel kann austauschbar
ausgebildet sein. Beispielsweise kann, wie in 9 gezeigt,
der zweite Hebel 16 zusammengesetzt sein aus einem ersten Element 16A in
Form eines Rohrs mit quadratischem Querschnitt, das schwenkbar von
der zweiten Hebelschwenkwelle 14 getragen wird, einem zweiten
Element 16B, das ansetzbar an das erste Element 16A ausgebildet
ist und an einem Ende einen Fühler 15 hat,
sowie eine Blattfeder 16C, um das zweite Element 16B an
das erste Element 16A anzupressen, während das zweite Element 16B in
das erste Element 16A eingesetzt wird. Dementsprechend
kann die Messung durchgeführt
werden unter Änderung des
zweiten Elements 16B mit verschiedenen Längen, wie
erforderlich.
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Die
Anordnung der Messkraft-Steuervorrichtung 21, des Verschiebungsdetektors 31 und
des Messkraftdetektors 41 sind nicht auf die in obigem Ausführungsbeispiel
beschriebene Anordnung beschränkt,
sondern können
anders angeordnet sein.
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Beispielsweise
kann die Messkraft-Steuervorrichtung 21 ein Stellglied
sein, das ein Fluid benutzt, solange die auf den Tastkopf 11 ausgeübte Messkraft
geändert
werden kann. Jede Anordnung ist möglich für den Verschiebungsdetektor 31,
solange eine Messung mit hoher Auflösung in einem weiten Messbereich
durchgeführt
werden kann.
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Der
Messkraftdetektor 41 kann eine Feder sein, deren Länge gemäß der Messkraft
sich ändert, und
die Messkraft kann durch das Ausmaß der Verformung der Feder
detektiert werden.